Kwantumprogramma's simuleren op hardware voor apparaten met neutrale atomen

De Microsoft Quantum Development-kit (QDK) biedt een set simulatiehulpprogramma's waarmee u uw kwantumprogramma's kunt evalueren en herhalen voordat u ze uitvoert op echte kwantumhardware. De neutraal atom-apparaatsimulatie-API's modelleren de typen ruis en qubitverwerking die optreedt wanneer programma's worden uitgevoerd op neutrale atom quantumcomputers, zoals qubitverlies en qubitverplaatsing. Als u van plan bent om uw kwantumprogramma's uit te voeren op neutrale atoomhardware, gebruikt u de neutraal atomische apparaatsimulatie-API's om uw code te testen en verfijnen.

Hoe neutrale atom quantumcomputers werken

Neutrale atoomapparaten zijn een van de vele huidige hardwaretechnologieën voor kwantumcomputers. Andere technologieën zijn supergeleidende qubits, gevangen-ion-qubits en topologische qubits. Elke technologie heeft zijn eigen sterke punten en nadelen. Quantumcomputers met neutrale atomen bieden goede schaalbaarheid, flexibele qubitconnectiviteit en lange coherentietijden, maar staan voor uitdagingen op het gebied van poortfideliteit en de complexiteit van laserbesturing.

De exacte qubittechnologie in een neutraal atoomapparaat is afhankelijk van de specifieke architectuur. Maar in het algemeen is elke qubit één elektrisch neutraal atoom. De qubit 0- en 1-toestanden komen overeen met verschillende energietoestanden van de atomen. De atomen worden gerangschikt in 2D- of 3D-matrices op het apparaat. Lasers vangen de atomen op hun plaats en verplaatsen de atomen tussen verschillende zones op het apparaat voor opslag, voor meting en voor interacties die kwantumpoorten uitvoeren.

simulatietools voor neutrale-atoomapparaten in de QDK

De simulatie van een neutraal-atoomapparaat in de QDK modelleert de volgende eigenschappen van kwantumhardware met neutrale atomen:

• Apparaten bevatten alleen $S_X$, $R_Z$en $CZ$-poorten.
• Qubits verplaatsen zich fysiek tussen opslag-, interactie- en meetzones op het apparaat.

Het QDKPython pakket heeft twee API's voor neutrale atom-apparaatsimulatie, afhankelijk van de indeling van uw programma:

Beide API's compileren uw programma in QIR met qubitverplaatsingsinstructies en bevatten alleen de poorten die neutrale atomapparaten ondersteunen.

Zie QDK voor meer informatie over kwantumsimulatie in de QDK.

Neutraal atoomapparaat visualiseren

De NeutralAtomDeviceAPI bevat een visualisatieprogramma voor apparaten met neutrale atomen voor Jupyter Notebook via de methode show_trace. De visualizer maakt een interactief diagram dat laat zien hoe qubits door een eenvoudig neutraal atoomapparaat navigeren terwijl uw programma wordt uitgevoerd. De visualizer bevat niet de effecten van qubitverlies of andere ruis.

Zie Hoe u de neutral atom device visualizer gebruikt voor meer informatie over het visualiseren van het neutrale atoomapparaat.

Ruismodellen voor neutrale atoomapparaatsimulaties

De kwantumsimulators in het QDKPython pakket gebruiken de NoiseConfig klasse uit de qdk.simulation module om ruismodellen toe te voegen aan simulaties. Wanneer u simulaties met de NeutralAtomDevice of NeutralAtomBackend API's uitvoert, bevatten uw ruismodellen alleen ruis van neutrale atomapparaatpoorten, qubitverplaatsing en meting.

Zie voor meer informatie over ruismodellen voor apparaten met neutrale atomen in de QDK, Ruismodellen bouwen voor simulaties van apparaten met neutrale atomen in de QDK.

Aan de slag met neutrale atom-apparaatsimulatie

Om aan de slag te gaan met kwantumsimulaties in de QDK, raadpleegt u Hoe u de QDK-kwantumsimulators installeert en uitvoert.

Als u wilt weten hoe u de neutraal atom device visualizer gebruikt, raadpleegt u Hoe u de neutral atom device visualizer gebruikt.